K čemu se používá karbid křemíku?

Karbid křemíku (SiC) je široce využíván v různých průmyslových odvětvích díky svým všestranným vlastnostem, které jej činí zvláště výhodným ve vysokonapěťových výkonových polovodičových zařízeních, jako jsou například měniče pro elektrická vozidla.

Keramické materiály, jako je tento žáruvzdorný a keramický materiál, se vyznačují odolností vůči vysokým teplotám a tepelným šokům, mají vynikající mechanickou pevnost a velmi nízkou míru roztažnosti.

Abrazivní

Karbid křemíku je tvrdý a houževnatý materiál, který se díky svým stabilním chemickým vlastnostem, vysoké tepelné vodivosti, nízkému koeficientu roztažnosti a odolnosti proti opotřebení hojně využívá v různých průmyslových procesech. Z karbidu křemíku lze vyrábět různé brusné výrobky včetně brusných kotoučů, brusných papírů, brusných pásů, olejových kamenů, brusných bloků a brusných hlavic k řezání kovů, keramiky, skla a neželezných materiálů - a také se používá při pískování k odstraňování barvy, rzi nebo jakýchkoli povrchových nečistot ze znečištěných povrchů.

Brusný karbid křemíku je díky své trvanlivosti a cenové dostupnosti stále oblíbenější volbou v moderním lapidáriu. Je k dispozici v různých zrnitostech, které vyhovují potřebám při řezání nebo leštění kamene. Společnosti zabývající se elektronikou jej využívají také k výrobě spojovacích fólií, které zajišťují vyleštění vysoce kvalitních optických vláken do požadované hladkosti před jejich spojením.

Černý karbid křemíku (někdy známý jako tetragonální SiC nebo 3C-SiC) je polotříštivé brusivo se střední hustotou, které má dobrou odolnost proti korozi, ale menší odolnost proti kyselinám než slinutý karbid křemíku. Černý karbid křemíku, který je navržen jako vitrifikovaný nebo pryskyřicí pojený procesní produkt, nabízí vynikající odolnost proti korozi, ale menší odolnost proti kyselinám než slinutý SiC.

Žáruvzdorné

Karbid křemíku je extrémně odolný žáruvzdorný materiál, který se často používá v pecích, pecích a dalších průmyslových zařízeních. Karbid křemíku odolává teplotám až 982 °C, kyselinám, louhům a dalším korozivním chemikáliím a má vynikající tepelnou vodivost a pevnostní vlastnosti; poskytuje spolehlivou ochranu před extrémními podmínkami.

Při tavení v odporové peci se ze surovin, jako je křemenný písek, ropný koks a dřevní štěpka, vyrábí vysoce kvalitní ocel, která se pak dále rafinuje chemickým zpracováním, aby se získaly různé druhy oceli s různou velikostí částic a různými vlastnostmi pro různá použití. Ocelářské aplikace i výroba keramiky mají velký prospěch z použití ocelářského šrotu pro výrobu ocelářských sochorů; navíc je díky své univerzálnosti užitečný i v izolačních a vyzdívacích aplikacích, jako jsou například vyzdívky pecních kelímků muflí komory.

Karborundum je tvrdá krystalická sloučenina křemíku a uhlíku s chemickým vzorcem SiC, která je běžně známá jako karborundum. Ačkoli se v přírodě vyskytuje jako moissanit ve velmi omezeném množství, nejčastěji se vyrábí synteticky pro použití jako brusný prášek a výrobu drahých kamenů. Karborundum nachází široké uplatnění jako brusný prášek ve výrobcích, jako jsou brusné kotouče, řezné nástroje a smirkový papír; z jeho výroby se také vyrábějí žáruvzdorné cihly používané v pecích a pecích a také se využívá v pokročilých elektronických aplikacích vyžadujících vysoké teploty/napětí, jako jsou světelné diody (LED) pro první rádiové přijímače.

Polovodiče

Karbid křemíku se již dlouho používá v brusivech a žáruvzdorných materiálech, ale jeho elektrické vlastnosti jsou postupem času stále pozoruhodnější. Jedinečná odolnost karbidu křemíku vůči vysokým teplotám, napětím a extrémním podmínkám z něj činí neocenitelný materiál nahrazující polovodičové materiály, jako je nitrid galia nebo dokonce běžný křemík, v aplikacích výkonové elektroniky.

Karbid křemíku pro polovodičové aplikace se od svých příbuzných abraziv a žáruvzdorných materiálů výrazně liší tím, že se vyrábí spékáním materiálu, nikoliv mícháním prášku s pojivem. Tuto moderní výrobní metodu vynalezl Edward Goodrich Acheson již v roce 1891: Křemičitý písek smíchaný s uhlíkem (ve formě mletého koksu) se zahřívá v elektrické odporové peci tak dlouho, dokud nedojde ke spékání.

Výsledný materiál je trvanlivý, odolný proti korozi a opakovaným spékáním se snadno tvaruje do tvarů pro různé aplikace. Dopování může změnit jeho elektrické vlastnosti; běžně se přidávají prvky jako bór a hliník pro polovodič typu n a berylium a gallium jako polovodiče typu p.

Laboratoře EAG mají rozsáhlé zkušenosti s analýzou karbidu křemíku pomocí objemových i prostorově rozlišených analytických technik, aby pochopily jeho elektrické vlastnosti.

Elektronika

Karbid křemíku, častěji označovaný jako karborundum /krbrndm/, je mimořádně tvrdá syntetická krystalická sloučenina křemíku a uhlíku se vzorcem SiC. Ačkoli se přirozeně vyskytuje jako ložiska minerálu moissanitu, výroba práškového karbidu křemíku se začala masově vyrábět po roce 1893 pro použití jako brusivo a v tvrdé keramice, jako jsou brusné kotouče a desky neprůstřelných vest.

Křemík našel v poslední době široké uplatnění jako polovodičové elektronické zařízení, zejména ve výkonové elektronice. Díky svým jedinečným fyzikálním a elektrickým vlastnostem je křemík vynikající volbou materiálu pro zařízení pracující při vyšších teplotách nebo napětí.

Karbid křemíku se liší od většiny průmyslových sloučenin tím, že působí jako elektrický izolant, dokud není dopován příměsemi, které mění jeho pásmovou mezeru, jako je dopování hliníkem a bórem u polovodičů typu P a dopování fosforem a dusíkem u polovodičů typu N.

Výrobci vyvíjejí kubický karbid křemíku různými postupy, včetně sublimačních růstových technik řízených v omezeném prostoru, jako je například chemické napařování. Při této metodě vstupuje směs plynů do vakuového prostředí, kde reagují a nakonec se usazují na substrátu. Chemická depozice z par se často používá jako součást procesů syntézy polovodičů na bázi uhlíku; chemická depozice z par rovněž poskytuje grafen; avšak sublimace řízená omezením poskytuje grafenový materiál vyšší kvality, což ztěžuje práci s touto metodou; v důsledku toho ji nelze rozšířit na velkokapacitní výrobu.